La fibra - concreto reforzado (FRC) es un material compuesto compuesto de cemento o cemento hidráulico, agua, agregados gruesos y finos, y fibras discontinuas cortas y uniformemente distribuidas. Las fibras pueden ser fibras de acero, fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de polímeros, fibras vegetales, etc. La longitud generalmente varía de 3 mm a 64 mm, y el diámetro puede variar de unos pocos micras a 1 mm. La forma seccional cruzada - de la fibra puede ser circular, elíptica, poligonal, triangular, media media o cuadrada, que depende principalmente de las materias primas utilizadas y el proceso de procesamiento y fabricación. Las fibras se dividen principalmente en dos categorías: fibras gruesas y fibras finas. El diámetro o el diámetro equivalente de las fibras finas suelen ser inferior a 0.3 mm, mientras que el diámetro o el diámetro equivalente de las fibras gruesas es mayor o igual a 0.3 mm. El SO - llamado diámetro equivalente es el diámetro circular convertido de la misma cruz - área seccional que la fibra circular, es decir, (4a/π) 0.5.
El porcentaje de volumen de fibra en concreto suele ser del 0.1% al 5%. El tamaño de este porcentaje de volumen depende principalmente de la facilidad de mezcla de la mezcla y el escenario de aplicación del proyecto. Por ejemplo, las tensiones secundarias causadas por los cambios de contracción y temperatura en el concreto generalmente se controlan y se resuelven mediante dosis bajas de fibra (0.1% a 0.3% en volumen). Cuando el contenido de fibra excede el 0.3%, la respuesta mecánica del concreto de fibra será significativamente diferente de la del concreto ordinario sin fibra, principalmente en su carga - capacidad de soporte después de agrietarse. La capacidad del concreto de fibra para absorber energía después de agrietarse se llama "dureza". Cuando se agregan dosis más altas de fibra al concreto, además de la dureza después del agrietamiento, el concreto de fibra también muestra características de fortalecimiento de tensión -. En otras palabras, este material compuesto puede resistir las tensiones de tracción que exceden las del concreto ordinario. En estos pseudo - compuestos dúctiles, a menudo se ven múltiples grietas y considerables características de absorción de energía y disipación de energía.
Tipos de concreto reforzado con fibra
El ASTM C116/C116m estadounidense está en cuatro tipos de concreto de fibra: el primero es el concreto de fibra de acero (SFRC), que incluye principalmente fibra de acero inoxidable, fibra de acero de aleación y fibra de acero al carbono; El segundo es el concreto de fibra de vidrio (GFRC), que está compuesto de - fibra de vidrio resistente; El tercero es el concreto de fibra sintética (SYNFRC), y el cuarto es el concreto de fibra natural (NFRC).
Como se puede ver en la tabla anterior, el módulo de resistencia y elástico de la fibra de acero es relativamente alta, y no es fácil de oxidar porque está en un entorno altamente alcalino. El efecto de unión entre TI y la mezcla puede lograr un anclaje mecánico más efectivo al mejorar la rugosidad de la superficie y la deformación.
Las fibras sintéticas son principalmente - fibras metálicas producidas por el desarrollo de las industrias petroquímicas y textiles, incluidas varias formas de polímeros. Las siguientes son algunas fibras sintéticas comúnmente utilizadas en concreto prefabricado:
Fibra de carbono
En comparación con la fibra de acero, la fibra de vidrio, la fibra de polipropileno, etc., la ventaja de la fibra de carbono se encuentra en sus características, alta módulo, resistencia al calor, estabilidad química en el entorno alcalino y otros entornos químicos corrosivos; Además, tiene la característica de mejorar significativamente las propiedades mecánicas.
Fibra de nylon/fibra de poliamida
Este tipo de fibra tiene buena resistencia a la tracción, alta dureza, recuperación elástica y buena hidrofilia, y es relativamente estable en entornos alcalinos basados en cemento -}.
Polipropileno
Esta fibra tiene un módulo elástico bajo y un punto de fusión bajo, por lo que no es adecuado para productos de concreto prefabricados bajo autoclave de temperatura -}. Sin embargo, debido a su bajo punto de fusión, se puede usar para producir materiales o productos refractarios con alta resistencia al fuego. Hay dos tipos de fibras de polipropileno utilizadas para refuerzo de concreto: monofilamentos y fibras fibriladas (fibras estiradas). Estas fibras son hidrófobas y tienen un gran ángulo de contacto con agua. Por lo tanto, tienen un enlace más pobre con el concreto que las fibras hidrofílicas.
Fibra de alcohol polivinílico
Esta fibra está hecha de resina de PVA a través de múltiples procesos de alto estiramiento y tiene alta rigidez y resistencia al agua. El estado de distribución de fibra en la base de concreto se puede cambiar a través del tratamiento de superficie especial. Desafortunadamente, la fibra de PVA tiene un gran coeficiente de contracción térmica, y su tasa de contracción es tan alta como 4% a 200 grados. Tiene una buena resistencia a los entornos alcalinos y los solventes orgánicos, y tiene poca pérdida de fuerza bajo la radiación ultravioleta de término largo -.
Fibra de vidrio
La fibra de vidrio utilizada en el concreto debe contener un mínimo de 16% de dióxido de circonio para la resistencia al álcali; No se recomiendan otros tipos de fibra de vidrio, como el alcalino - fibra libre, para su uso en concreto. La fibra de vidrio tiene un módulo alto y alta resistencia, y tiene un buen enlace con el concreto. La diferencia entre el concreto reforzado con fibra de vidrio y otro concreto reforzado con fibra es el contenido de fibra; El primero tiene un porcentaje de volumen de fibra del 4% al 6%, mientras que el segundo u otro porcentaje de volumen de fibra es de aproximadamente 0.1% a 1%. Para lograr un alto contenido de fibra de vidrio, la composición del concreto necesita un alto contenido de cemento, agregado fino y casi ningún agregado grueso.
El papel de la fibra en el concreto
Cuasi - Carga estática y respuesta de impacto
Las fibras pueden mejorar efectivamente las propiedades mecánicas. Las pruebas de martillo de caída de impacto muestran que la resistencia al impacto del concreto de fibra de polipropileno con un contenido de volumen de 0.1% a 0.2% es mayor que la del concreto ordinario tanto en la etapa de agrietamiento inicial como en la etapa final de fractura. Actualmente no existe un método de prueba estándar unificado para determinar la resistencia a la compresión del concreto de fibra, pero los estudios relevantes han demostrado que la resistencia a la compresión axial del concreto de fibra es de 85% a 100% mayor que la del concreto ordinario; Otros estudios han demostrado que bajo cargas de impacto, el concreto de fibra no tiene una ductilidad máxima obvia en el período de compresión tardío, lo que se debe principalmente a que los fragmentos de concreto no están unidos a las fibras. Aunque los resultados de la prueba muestran que el coeficiente de impacto del concreto de fibra de acero es el concreto de fibra de polímero no es diferente del concreto ordinario, con un coeficiente de impacto de aproximadamente 1.5. Además, los resultados muestran que tres fibras de acero deformadas dimensionales - tienen un coeficiente de impacto dinámico más obvio que dos -} fibras de acero deformadas dimensionales; Sin embargo, la resistencia a la tracción bajo cargas dinámicas y la resistencia a la flexión residual después del agrietamiento se ha mejorado significativamente.
El rendimiento de las fibras en el concreto bajo cargas de impacto depende en gran medida de la unión entre las fibras y el concreto bajo desplazamientos con altas tasas de desarrollo de grietas. Los estudios han demostrado que al aumentar las tasas de carga, el concreto de fibra de acero tiene una alta resistencia al desarrollo de grietas, en comparación con algunas muestras de concreto con fibras de polipropileno, pero esta última puede ponerse al día con la primera; Se especula que esto se debe principalmente a que las fibras de polipropileno en sí mismas son más sensibles a las tasas de deformación que las fibras de acero.
Control de las grietas de contracción
Es bien sabido que las fibras pueden afectar significativamente la contracción libre y otras propiedades de edad -} de cemento tempranas de cemento -}. Los estudios han demostrado que el uso de fibras de polietileno con un porcentaje de volumen de aproximadamente 1% puede reducir la contracción plástica libre del concreto hasta en un 30%. Además de la contracción libre, también se están utilizando varias técnicas para estudiar los efectos de las fibras en la contracción restringida del concreto. La adición de fibras se utiliza principalmente para cambiar el ancho y la longitud de las grietas de contracción en concreto bajo un entorno limitado. Las conclusiones de investigación relevantes son más o menos como sigue.
1. El material y el tipo de fibra tienen una gran influencia en las grietas de contracción. Para el mismo volumen de contenido de fibra, la fibra de vidrio es la más efectiva para inhibir el crecimiento de las grietas, seguido de fibra sintética.
2. Para una fracción de volumen de fibra dada y tipo de fibra, más largas, más pequeñas - Las fibras de diámetro son más efectivas que las fibras más cortas y gruesas; Las fibras con un mayor grado de deformación geométrica en la superficie son más efectivas que las fibras no deformadas.
3. En cuanto a las fibras vegetales, las fibras recubiertas o no recubiertas solo son efectivas cuando el porcentaje de volumen es superior al 0.3%.
Impermeable y duradero
Los componentes de concreto prefabricados son propensos a la degradación debido al ataque con ácido sulfúrico, se descongelan - ciclos de congelación, reacciones de sílice -} y corrosión de barras de acero. En todos estos casos, la penetración de agua juega un papel crucial. La durabilidad de los productos de concreto prefabricados depende principalmente de la tasa de intrusión/penetración de agua. Los resultados muestran que la permeabilidad al agua, a su vez, depende de las grietas en el concreto, y un aumento en el ancho de las grietas de concreto dará como resultado una mayor permeabilidad del agua. El refuerzo de fibra mejora la resistencia al agrietamiento del concreto, aumenta la rugosidad de la superficie de la grieta y promueve el desarrollo de múltiples grietas, lo que reduce significativamente la permeabilidad del concreto. En cuanto al estrés y el estrés - grietas de concreto inducidas, los resultados han demostrado que las grietas en el concreto ordinario aumentan significativamente su permeabilidad, mientras que la permeabilidad de la fibra - concreto es significativamente menor que la del concreto ordinario. En cuanto a cómo las fibras mejoran la resistencia al agua, los estudios han demostrado que los microporos en concreto ordinario se cambian a nanoporos debido a la adición de fibras.
La corrosión de la refuerzo en el concreto prefabricado es un problema significativo. La contaminación por cloruro en el concreto es un factor importante, y los mecanismos y procesos por los cuales corroe el acero se entienden bien. Desafortunadamente, las grietas en el concreto permiten que los iones de cloruro y otros productos químicos corrosivos ingresen más fácilmente, promoviendo así una mayor corrosión. Los iones de cloruro se difunden principalmente a través de la penetración de agua capilar, mientras que la difusión de cloruro depende principalmente de la permeabilidad al agua.
